JP2023520093A - 濾過媒体 - Google Patents
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Abstract
本開示には、好ましくはガラスフリーであるか又は実質的にガラスフリーである濾過媒体が記載されている。いくつかの実施形態では、その濾過媒体が、好ましくは、同様のガラス含有濾過媒体と同等又はそれ以上の濾過容量及び濾過効率を示す。その濾過媒体には、二成分繊維、濾過効率繊維(たとえば、PET繊維)、及びミクロフィブリル化繊維が含まれる。その濾過効率繊維には、1ミクロン~5ミクロンの範囲内の繊維直径を有する繊維、及び少なくとも0.1ミクロン且つ1ミクロン未満の繊維直径を有する繊維が含まれる。
Description
関連出願の相互参照
本出願は、米国仮特許出願第63/004,926号(出願日:2020年4月3日)、及び米国仮特許出願第63/081,143号(出願日:2020年9月21日)の利益を主張し、それらの開示を参照することにより、それら全体を本明細書に組み入れたものとする。
本出願は、米国仮特許出願第63/004,926号(出願日:2020年4月3日)、及び米国仮特許出願第63/081,143号(出願日:2020年9月21日)の利益を主張し、それらの開示を参照することにより、それら全体を本明細書に組み入れたものとする。
濾過媒体、たとえば燃料の濾過のために使用される濾過媒体には、多くの場合、ガラスのミクロ繊維が含まれる。しかしながら、ある種のタイプの濾過の際には、ガラスのミクロ繊維が、濾過媒体から離脱して、環境汚染をもたらしたり、或いは、濾過した燃料の場合では、その内燃エンジンに損傷を与えたりする可能性がある。
本開示には、好ましくは実質的にガラスフリーであるか又はガラスフリーである濾過媒体が、記載されている。いくつかの実施形態では、その濾過媒体が、実質的にガラスフリーであるか又はガラスフリーである場合に、その濾過媒体が、好ましいことには、同様のガラス含有濾過媒体と同等又はそれ以上の濾過容量及び濾過効率を示す。
一態様では、本開示は、以下のものを含む不織布濾過媒体を提供する:25重量%~85重量%の、5ミクロン~25ミクロンの範囲内の繊維直径及び0.1cm~15cmの繊維長さを有する二成分繊維;5重量%~50重量%の、少なくとも0.1ミクロン且つ1ミクロン未満の繊維直径を有する小濾過効率繊維;10重量%~50重量%の、1ミクロン~5ミクロンの範囲内の繊維直径を有する大濾過効率繊維;並びに5重量%~25重量%のミクロフィブリル化繊維、ここで、そのミクロフィブリル化繊維の大部分は、最大4ミクロンまでの横方向寸法を有する;ここで、その不織布濾過媒体は、ガラス繊維を実質的に含まない。
いくつかの実施形態では、その二成分繊維には、構造ポリマー部分及び熱可塑性のバインダーポリマー部分が含まれ、その構造ポリマー部分は、そのバインダーポリマー部分の融点よりは高い融点を有している。いくつかの実施形態では、その二成分繊維の構造ポリマー部分は、少なくとも240℃の融点を有し、そしてその二成分繊維のバインダーポリマー部分は、100℃~190℃の範囲内の融点を有している。
いくつかの実施形態では、その小濾過効率繊維は、少なくとも0.4ミクロンから1ミクロン未満までの繊維直径を有している。
いくつかの実施形態では、その大濾過効率繊維は、2ミクロン~4ミクロンの範囲内の繊維直径を有している。
いくつかの実施形態では、その小濾過効率繊維がPETを含むか若しくはその大濾過効率繊維がPETを含むか;又は、その小濾過効率繊維と大濾過効率繊維との両方がPETを含む。
いくつかの実施形態では、そのミクロフィブリル化繊維が、ミクロフィブリル化セルロース繊維を含む。
いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体が、5%~15%の範囲内のソリディティ(solidity)を有している。いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体が、24g/m2~100g/m2の範囲内の基本重量(basis weight)を有している。いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体が、0.5ミクロン~20ミクロンの範囲内の孔径を有している。いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体が、1.5~3の範囲内のP95/P50比を有している。いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体が、0.12mm~1mmの範囲内の厚みを有している。いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体が、0.5インチの水で1ft3/ft2/分から、0.5インチの水で100ft3/ft2/分までの範囲内の透過性を有している。
いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体が、樹脂を実質的に含まない。
いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体が、ガラス繊維を含まない。
また別の態様では、本開示には、液体ストリームを濾過する方法が記載され、その方法には、汚染物を含む液体ストリームを、不織布濾過媒体を通過させて、その液体ストリームからその汚染物を除去することが含まれる。いくつかの実施形態では、その液体ストリームには、燃料、作動油、プロセス水、空気、ディーゼルエンジン流体(DEF)、ディーゼルエンジン潤滑油、若しくはブローバイガス、又はそれらの組合せが含まれる。
本明細書で使用する場合、ミクロンは、マイクロメートル(μm)と等価である。
本明細書で使用する場合、「繊維(a fiber)」は、最大100マイクロメートルまでの平均繊維直径を有している。
本明細書で使用する場合、「繊維(fibers)」は、3:1より大、好ましくは5:1より大のアスペクト比(すなわち、長さ対横方向寸法)を有している。たとえば、繊維ガラスは、典型的には、100:1より大のアスペクト比を有する。この文脈では、その「横方向寸法」は、繊維の幅(二次元)又は直径(三次元)である。「直径」という用語は、繊維の円形の断面の直径、又は繊維の非円形の断面での最大断面寸法のいずれかを指す。繊維長さは、所望の結果に応じて、有限の長さであっても、無限の長さであってもよい。
本明細書で使用する場合、「β比」又は「β」は、定常流れ条件下での、上流側粒子対下流側粒子の比率(ISO 16889:2008)であるが、これについては、実施例の項で説明する。フィルターの効率が高いほど、このβ比は高くなる。β比は、次式で定義される:
ここで、Nd,Uは、上流側での、d以上の直径の粒子についての単位流体容積あたりの粒子数であり、そしてNd,Dは、下流側での、d以上の直径の粒子についての単位流体容積あたりの粒子数である。βに対して下付け文字(たとえば、d)がある場合、それは、その比率が報告された、粒径を示している。
本明細書で使用される場合、特に明記しない限り、細孔径(例えば、P5、P50及びP95)及び細孔径の比(例えば、P95/P50)は、キャピラリーフローポロメトリーを使用して決定される。キャピラリーフローポロメトリーは、連続圧力スキャンモードを使用して行うことができる。湿潤液として、表面張力が20.1ダイン/cmであり、湿潤接触角が0であるシリコーンオイルを使用することが有用であり得る。試料は、最初に、低圧から高圧に変化する乾燥状態で試験され、次に同様に低圧から高圧に変化する湿潤状態で試験される。試験は、典型的には、周囲温度条件(例えば、20℃~25℃)で行われる。湿潤曲線と乾燥曲線との両方の圧力のスキャン範囲全体で256個のデータポイントを収集することができる。典型的には、屈曲係数及び/又は形状係数は、使用されない(即ち調整係数を使用する他の試験方法と比較するために、1に等しい係数を使用することができる)。
本明細書で使用される場合、値P(x%)は、本明細書に記載の方法を使用して決定される、湿潤曲線が乾燥曲線の(100-x)%に等しい場合の計算された細孔径である。計算値であるが、これは、層を通過する全体の流れのx%が、その細孔径以下の細孔を通過するポイントを表すと理解することができる。例えば、P50(中間流動細孔径)は、湿潤曲線が乾燥曲線の半分に等しくなるポイントを表し、層を通過する総流量の50%がその細孔径以下の細孔を通過するような細孔径と見なすことができる。
本明細書で使用する場合、「圧力低下」(本明細書では、「dP」又は「ΔP」としても表される)は、フィルター又はフィルター媒体(汚染物添加前に)に、特定の流体速度で流体を強制的に通過させるのに必要な(ポンプにより作用させる)圧力に関する。特に断らない限り、圧力低下は、ISO 16889:2008の記載に従って測定した、クリーンな圧力低下である。サンプルは、16L/分の試験流速を使用して試験するのがよい。その試験は、末端要素の間の差圧が320kPaになるまで実施するのがよい。
「実質的に含まない」という用語は、本明細書で使用する場合、その濾過媒体が、取り上げられた成分(たとえば、ガラス繊維又は樹脂)を、その濾過媒体の活性又は作用に、いずれか実質的に影響するような量では含んでいないということを示している。その用語は、その濾過媒体の濾過性能に実質的な寄与を与えることがない、微々たる量の成分しか含んでいないことを意図している。たとえば、ガラスを実質的に含まない濾過媒体には、1重量%未満のガラス繊維しか含まれないのがよい。たとえば、樹脂を実質的に含まない濾過媒体には、5重量%未満の樹脂しか含まれないのがよい。たとえば、ガラスを実質的に含まない濾過媒体には、1重量%未満のガラス繊維しか含まれないのがよい。たとえば、樹脂を実質的に含まない濾過媒体には、5重量%未満の樹脂しか含まれないのがよい。
「フリーの」という用語は、本明細書で使用する場合、その濾過媒体が、取り上げられた成分(たとえば、ガラス繊維又は樹脂)を、一切含まないということを示している。たとえば、「ガラスフリーの」濾過媒体には、ガラスが一切含まれないし、「樹脂フリーの」の媒体には、樹脂が一切含まれない。
標準試験法(たとえば、ASTM、TAPPIなど)に言及した場合には、特に断らない限り、本開示の出願時に入手可能なその方法の最新の版を指しているものとする。
「好ましい」、又は「好ましくは」という用語は、ある種の環境において、本発明の実施形態がある種の便益を与えることができるということを指している。しかしながら、同一の環境又はその他の環境で、他の実施形態も好ましいということはあり得る。さらには、一つ又は複数の好ましい実施形態を取り上げたということが、他の実施形態は役に立たないということを意味しているのではなく、そして本明細書の範囲から、他の実施形態を排除しようという意図があるものでもない。
「含む」という用語及びその派生形は、これらの用語が本明細書及び特許請求の範囲に現れる場合に限定の意味を有さない。そのような用語は、述べられたステップ若しくは要素又はステップ若しくは要素の群を含むことを意味するが、他のステップ若しくは要素又はステップ若しくは要素の群を除外しないことを意味すると理解される。
「からなる」とは、「からなる」という句に続くすべてを含み、それに限定されることを意味する。したがって、「からなる」という句は、列挙される要素が必要又は必須であり、他の要素が存在し得ないことを示す。「本質的にからなる」とは、この句の後に列挙される要素を含むことを意味し、列挙される要素について本開示で指定される活性又は作用を妨害しないか又はそれに寄与しない他の要素に限定される。したがって、「本質的にからなる」という句は、列挙される要素が必要又は必須であることを示すが、他の要素は、任意選択であり、列挙される要素の活性又は作用に重大な影響を与えるかどうかに応じて存在する場合又は存在しない場合がある。
特に明記されない限り、「1つの(a)」、「1つの(an)」、「その」及び「少なくとも1つ」は、同じ意味で使用され、1つ又は複数を意味する。
本明細書で使用される「又は」という用語は、内容が明らかに別の指示をしない限り、一般に「及び/又は」を含むその通常の意味で使用される。
「及び/又は」という用語は、列挙される要素の1つ若しくはすべて又は列挙される要素の任意の2つ以上の組み合わせを意味する。
本明細書では、端点による数値範囲の記載には、その範囲内に含まれるすべての数値も含まれる(例えば、1~5には、1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5などが含まれる)。
本明細書では、「最大である数まで」(たとえば、最大50まで)には、その数(たとえば、50)も含まれる。
「~の範囲内(in the range、又はwithin a range)」という用語(及び同様の記述)には、記載された範囲の終端も含まれる。
本明細書に開示された、別々な工程を含むいずれかの方法では、それらの工程は、適宜可能な順序で実施してよい。そして、適当であれば、2つ又はそれ以上の工程を組み合わせて、同時に実施してもよい。
表題はすべて、読者の便宜のためにあるのであって、特に断らないかぎり、その表題の後に続く本文の意味合いを限定するために使用されていると思ってはならない。
本明細書全体を通して、「一実施形態」、「実施形態」、「特定の実施形態」又は「いくつかの実施形態」などへの言及は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構成、組成又は特性が本開示の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通して様々な部分でのそのような句の出現は、必ずしも本開示の同じ実施形態に言及するわけではない。さらに、特定の特徴、構成、組成又は特性は、1つ又は複数の実施形態において任意の適切な要領で組み合わせることができる。
特に明記しない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用される成分の量及び分子量などを表すすべての数字は、いかなる場合でも「約」という用語によって変更されると理解されるべきである。測定量に関連して本明細書で使用される「約」という用語は、測定を行って、測定の目的及び使用される測定機器の精度に見合ったレベルのケアを行う当業者によって予期される測定量の変動を指す。したがって、特にそれとは反対の指示がない限り、本明細書及び特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、本発明によって得られることが求められる所望の特性に応じて変化し得る近似値である。少なくとも、均等の原理を特許請求の範囲に限定する試みとしてではなく、各数値パラメータは、少なくとも報告された有効桁数に照らして、通常の丸め方を適用することによって解釈されるべきである。
本発明の広い範囲を示す数値範囲及びパラメータは、近似値であるにもかかわらず、特定の例に示される数値は、可能な限り正確に報告される。しかしながら、すべての数値には、それぞれの試験測定で見出された標準偏差から必然的に生じる範囲が本質的に含まれる。
本発明の上記の要約は、開示される各実施形態又は本発明のすべての実施を説明することを意図するものではない。以下の説明は、例示的な実施形態をより具体的に例示する。本明細書全体のいくつかの部分では、様々な組み合わせで使用できる例のリストによってガイダンスが提供される。いずれの場合にも、列挙されるリストは、代表的な群としての役割のみを果たし、排他的なリストとして解釈されるべきではない。
本開示には、好ましくは実質的にガラスフリーであるか又はガラスフリーである濾過媒体が、記載されている。いくつかの実施形態では、その濾過媒体が、実質的にガラスフリーであるか又はガラスフリーである場合には、その濾過媒体が、好ましいことには、同様のガラス含有濾過媒体と同等又はそれ以上の濾過容量及び濾過効率を示す。
濾過媒体
一つの態様において、本開示は、濾過媒体を記述する。その濾過媒体は、不織布の濾過媒体である。その不織布濾過媒体には、ガラス(たとえば、ガラス繊維も含む)を実質的に含まない。いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体には、ガラスを含まない。
一つの態様において、本開示は、濾過媒体を記述する。その濾過媒体は、不織布の濾過媒体である。その不織布濾過媒体には、ガラス(たとえば、ガラス繊維も含む)を実質的に含まない。いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体には、ガラスを含まない。
いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体には以下のものが含まれる:二成分繊維;「小濾過効率繊維」(「小濾過効率繊維」とは、本明細書で使用する場合、少なくとも0.1ミクロン且つ1ミクロン未満の繊維直径を有する繊維である);「大濾過効率繊維」(「大濾過効率繊維」とは、本明細書で使用する場合、1ミクロン~5ミクロンの範囲内の繊維直径を有する繊維である);及びミクロフィブリル化繊維。
いくつかの実施形態では、小濾過効率繊維若しくは大濾過効率繊維、又はその両方が、ポリエチレンテレフタレート(PET)を含んでいるのが好ましい。
一つの例示的実施形態では、その不織布濾過媒体が、以下のものを含む:25重量%~85重量%の、5ミクロン~25ミクロンの範囲内の繊維直径、及び0.1cm~15cmの範囲内の繊維長さを有する二成分繊維;5重量%~50重量%の、小濾過効率繊維;10重量%~50重量%の大濾過効率繊維;及び5重量%~25重量%の、ミクロフィブリル化繊維(ここで、そのミクロフィブリル化繊維の大部分は、最大で4ミクロンまでの横方向寸法を有する)。
一つの例示的実施形態を、実施例2に示す。実施例2においてさらに説明するように、少なくとも0.1ミクロン且つ1ミクロン未満(700nm)の繊維直径を有する繊維、及び1ミクロン~5ミクロン(2.5μm)の範囲内の繊維直径を有する繊維を含ませることによって、望ましくない圧力低下を防止するであろう、よりオープンな構造を与えながらも、同等の効率(β)を達成することが可能となった。実施例3において示されるように、これらの効率は、少なくとも0.1ミクロン且つ1ミクロン未満の繊維直径を有する繊維を使用しなくても得ることが可能ではあるが(図3参照)、そのような媒体は、密度がより高くなると予想され、その結果、望ましくない、より高い圧力低下(dP)がもたらされる。
当業者には周知のことであるが、より小さなサイズの繊維を使用すれば、より高い濾過効率のフィルター媒体が製造されるであろう。しかし、二成分繊維及び、少なくとも0.1ミクロン且つ1ミクロン未満の繊維直径を有する繊維のみを含む不織布濾過媒体では、強度、特に、より大きな二成分繊維の間の空間を形成する0.1ミクロン~1ミクロンの繊維の繊維マトリックスの強度が極めて低くなり、そのため、多くの用途、特にそのフィルター媒体に動的な力が加わるような用途では、望ましくないものとなってしまう。樹脂を含ませることによって、強度を増大させることも可能ではあるものの、樹脂を使用することは望ましくないが、その理由は、それが、そうでなければ、汚染物を捕集するのに利用することが可能な、媒体中の細孔を充填するから、そしてそれが、圧力低下を増大させるからである。
実施例4の結果に示されるように、ミクロフィブリル化繊維及び少なくとも0.1ミクロン且つ1ミクロン未満(700nm)の繊維直径を有する繊維の量を増やすことによって、濾過効率が向上する(参照、図4)。ミクロフィブリル化繊維の使用量を増やすと、性能指数(FOM)に現れるように、フィルター媒体の性能が向上するが、このFOMは、最小限のエネルギーを使用して、ストリームに、あるレベルの清澄化を与えるための、フィルター媒体の性能及びフィルター媒体の能力の尺度である(図6A)。それに加えて、ミクロフィブリル化繊維の使用量を増やすと、繊維のからみ合いが増え、その結果その繊維マトリックスの強度が増大する。強度の増大は、水素結合を形成することが可能な物質、たとえばレーヨン及びセルロースを使用することによっても達成可能である。
しかしながら、ミクロフィブリル化繊維の使用量を増やすと、P95/P50比(図5A)の増大も起きるが、このことは、ミクロフィブリル化繊維の量を増やすにつれて、その媒体の孔径の均質性が低下するということを示唆している。それとは対照的に、大濾過効率繊維(すなわち、1ミクロン~5ミクロンの範囲内の繊維直径を有する繊維)の添加量を増やすと、P95/P50比(図5B)の低下が起こり、このことは、大濾過効率繊維の量を増やすにつれて、その媒体の孔径の均質性が向上するということを示唆している。
したがって、所望の濾過効率、強度、及び均質性を有するガラスフリーの媒体を得るためには、二成分繊維、小濾過効率繊維、大濾過効率繊維、及びミクロフィブリル化繊維の比率をバランスさせる必要がある。たとえば、均質性を向上させるためには、大濾過効率繊維の比率を上げることが望まれるであろう。濾過効率を向上させるためには、小濾過効率繊維の比率を上げることが望まれるであろう。
いくつかの実施形態では、1つ又は複数の繊維を選択又は処理して、媒体の静電荷を変更することができる。電荷には、典型的には、ポリマーの表面又はその近くで捕捉された正若しくは負の電荷の層又はポリマーの大部分に蓄積された電荷雲が含まれる。電荷は、分子の双極子の整列で凍結される分極電荷も含み得る。材料を電荷にさらす方法は、当業者に周知である。これらの方法には、例えば、熱的方法、液体接触法、電子ビーム法、プラズマ法及びコロナ放電法が含まれる。
二成分繊維
濾過媒体には、二成分繊維が含まれる。いずれか適切な二成分繊維が使用可能であり、それらの二成分繊維は、その媒体の使用目的に応じて選択することができる。
濾過媒体には、二成分繊維が含まれる。いずれか適切な二成分繊維が使用可能であり、それらの二成分繊維は、その媒体の使用目的に応じて選択することができる。
いくつかの実施形態では、その濾過媒体には、少なくとも25重量%、少なくとも30重量%、少なくとも35重量%、少なくとも40重量%、少なくとも45重量%、少なくとも50重量%、少なくとも55重量%、少なくとも60重量%、少なくとも65重量%、又は少なくとも70重量%の、二成分繊維が含まれる。いくつかの実施形態では、その濾過媒体には、最大で30%まで、最大で35重量%まで、最大で40重量%まで、最大で45重量%まで、最大で50重量%まで、最大で55重量%まで、最大で60重量%まで、最大で65重量%まで、最大で70重量%まで、最大で75重量%まで、又は最大で85重量%までの二成分繊維が含まれる。一つの例示的実施形態では、その濾過媒体には、25重量%~85重量%の二成分繊維が含まれる。また別の例示的実施形態では、その濾過媒体には、25重量%~75重量%の二成分繊維が含まれる。さらにまた別の例示的実施形態では、その濾過媒体には、25重量%~70重量%の二成分繊維が含まれる。さらなる例示的実施形態では、その濾過媒体には、50重量%の二成分繊維が含まれる。
いくつかの実施形態では、その二成分繊維が、少なくとも1ミクロン、少なくとも5ミクロン、少なくとも10ミクロン、少なくとも15ミクロン、又は少なくとも20ミクロンの繊維直径を有している。いくつかの実施形態では、その二成分繊維が、最大で5ミクロンまで、最大で10ミクロンまで、最大で15ミクロンまで、最大で20ミクロンまで、最大で25ミクロンまで、又は最大で30ミクロンまでの繊維直径を有している。一つの例示的実施形態では、その二成分繊維が、5ミクロン~25ミクロンの範囲内の繊維直径を有している。また別の例示的実施形態では、その二成分繊維が、14ミクロンの繊維直径を有している。
いくつかの実施形態では、その二成分繊維が、少なくとも0.1cm、少なくとも0.5cm、又は少なくとも1cmの繊維長さを有している。いくつかの実施形態では、その二成分繊維が、最大で0.5cmまで、最大で1cmまで、最大で5cmまで、最大で10cmまで、又は最大で15cmまでの繊維長さを有している。一つの例示的実施形態では、その二成分繊維が、0.1cm~15cmの範囲内の繊維長さを有している。また別の例示的実施形態では、その二成分繊維が、6mmの繊維長さを有している。
いくつかの実施形態では、その二成分繊維には、構造ポリマー部分及び熱可塑性のバインダーポリマー部分が含まれ、その構造ポリマー部分が、そのバインダーポリマー部分の融点よりは高い融点を有している。
その構造ポリマー部分及びバインダーポリマー部分は、いずれか適切な物質から作ることができる。たとえば、その構造ポリマー部分には、PETが含まれていてよく、そしてそのバインダーポリマー部分には、コポリマーのPET(coPET)が含まれていてよい。追加の例では、その構造ポリマー部分にはPETを含んでいてよく、そしてそのバインダーポリマー部分には、以下のものを含んでいてよい:ポリエチレン(PE)、PET、ナイロン、ポリプロピレン(PP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、メタ-アラミド、又はパラ-アラミド。さらなる例では、そのバインダーポリマー部分には、以下のものを含んでいてよい:ポリエチレン(PE)、ポリ乳酸(PLA)、ナイロン、エチレンビニルアルコール(EVOH)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)(たとえば、KYNAR)、又はそのコア構造のポリマーよりは低い融点を有するように設計されたいずれかその他のポリマー若しくは変性ポリマー。
いくつかの実施形態では、その構造ポリマー部分がコアであり、そしてその熱可塑性のバインダーポリマー部分が、二成分繊維のシースである。
いくつかの実施形態では、その二成分繊維の構造ポリマー部分は、少なくとも240℃の融点を有し、そしてその二成分繊維のバインダーポリマー部分は、最大で115℃までの融点を有している。その構造ポリマー部分が少なくとも240℃の融点を有し、そしてそのバインダーポリマー部分が最大で115℃までの融点を有する、例示的な二成分繊維は、271Pであるが、このものは、Advansa(Hamm,Germany)から入手可能な14μmの直径の繊維である。
いくつかの実施形態では、その二成分繊維の構造ポリマー部分は、少なくとも240℃の融点を有し、そしてその二成分繊維のバインダーポリマー部分は、100℃~190℃の範囲内の融点を有している。一つの例示的実施形態では、その二成分繊維の構造ポリマー部分は、少なくとも240℃の融点を有し、そしてその二成分繊維のバインダーポリマー部分は、120℃~170℃の範囲内の融点を有している。また別の例示的実施形態では、その二成分繊維の構造ポリマー部分は、少なくとも240℃の融点を有し、そしてその二成分繊維のバインダーポリマー部分は、140℃~160℃の範囲内の融点を有している。
その構造ポリマー部分が少なくとも240℃の融点を有し、そしてそのバインダーポリマー部分が100℃~190℃の範囲内の融点を有する例示的な二成分繊維としては、以下のものが挙げられる:TJ04CN(110℃の融点のバインダーポリマー部分を有する)、TJ04BN(150℃の融点のバインダーポリマー部分を有する)(いずれも、帝人ファイバー株式会社(日本、大阪から入手可能);271P(110℃の融点のバインダーポリマー部分を有する)(Advansa(Hamm,Germany)から入手可能);並びにT-202又はT-217(それぞれ、180℃の融点のバインダーポリマー部分を有する)(いずれも、Fiber Innovation Technology,Inc.(Johnson City,TN)から入手可能)。
いくつかの実施形態では、その二成分繊維に、第一の二成分繊維と第二の二成分繊維とを含んでいてもよい。一つの例示的実施形態では、その二成分繊維が、その構造部分が少なくとも240℃の融点を有し、そしてそのバインダーポリマー部分が最大で115℃までの融点を有する第一の二成分繊維と、その構造ポリマー部分が、少なくとも240℃の融点を有し、そしてそのバインダーポリマー部分が100℃~190℃の範囲内の融点を有する第二の二成分繊維とを含んでいてもよい。たとえば、そのような二成分繊維としては、Advansa 271P及びTJ04BNの両方が挙げられる。
小濾過効率繊維
その濾過媒体には、「小濾過効率繊維」が含まれるが、その「小濾過効率繊維」は、本明細書で使用する場合、少なくとも0.1ミクロン且つ1ミクロン未満の繊維直径を有する繊維である。
その濾過媒体には、「小濾過効率繊維」が含まれるが、その「小濾過効率繊維」は、本明細書で使用する場合、少なくとも0.1ミクロン且つ1ミクロン未満の繊維直径を有する繊維である。
いくつかの実施形態では、その小濾過効率繊維が、好ましくは、PET繊維である。いくつかの実施形態では、その小濾過効率繊維が、PETから実質的になっていてもよい。いくつかの実施形態では、その小濾過効率繊維が、PETからなっていてもよい。
それらに追加するか又は代替えとして、その小濾過効率繊維に、以下のものが含まれていてもよい:ナイロン、アクリリック、レーヨン、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレンビニルアルコール(EVOH)、ポリ乳酸(PLA)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、又はその他適切な溶融性ポリマー。
いくつかの実施形態では、その濾過媒体に、少なくとも5重量%、少なくとも10重量%、少なくとも15重量%、少なくとも20重量%、少なくとも25重量%、少なくとも30重量%、少なくとも35重量%、少なくとも40重量%、又は少なくとも45重量%の小濾過効率繊維が含まれる。いくつかの実施形態では、その濾過媒体に、最大で15重量%まで、最大で20重量%まで、最大で25重量%まで、最大で30重量%まで、最大で35重量%まで、最大で40重量%まで、最大で45重量%まで、最大で50重量%まで、又は最大で55重量%までの小濾過効率繊維が含まれる。一つの例示的実施形態では、その濾過媒体には、5重量%~50重量%の小濾過効率繊維が含まれる。また別の例示的実施形態では、その濾過媒体には、10重量%~50重量%の小濾過効率繊維が含まれる。さらにまた別の例示的実施形態では、その濾過媒体には、10重量%~40重量%の小濾過効率繊維が含まれる。さらなる例示的実施形態では、その濾過媒体には、10重量%~25重量%の小濾過効率繊維が含まれる。
いくつかの実施形態では、その小濾過効率繊維が、少なくとも0.1ミクロン、少なくとも0.2ミクロン、少なくとも0.3ミクロン、少なくとも0.4ミクロン、少なくとも0.5ミクロン、少なくとも0.6ミクロン、又は少なくとも0.7ミクロンの繊維直径を有している。いくつかの実施形態では、その小濾過効率繊維が、最大で0.7ミクロンまで、最大で0.8ミクロンまで、最大で0.9ミクロンまで、又は1ミクロン未満の繊維直径を有している。たとえば、一つの例示的実施形態では、その小濾過効率繊維が、少なくとも0.4ミクロン且つ1ミクロン未満の繊維直径を有している。また別の例示的実施形態では、その小濾過効率繊維が、0.6ミクロン~0.8ミクロンの範囲内の繊維直径を有している。さらなる例示的実施形態では、その小濾過効率繊維が、0.7ミクロンの繊維直径を有している。
複数の例では、その小濾過効率繊維が、0.7ミクロンの繊維直径を有するPET繊維である。
いくつかの実施形態では、その小濾過効率繊維が、少なくとも0.5mm、少なくとも1mm、又は少なくとも1.5mmの長さを有している。いくつかの実施形態では、その小濾過効率繊維が、最大で10mmまで、最大で11mmまで、最大で12mmまで、又は最大で15mmまでの長さを有している。一つの例示的実施形態では、その小濾過効率繊維が、1mm~15mmの範囲内の長さを有している。さらなる例示的実施形態では、その小濾過効率繊維が、1mm~12mmの範囲内の長さを有している。
いくつかの実施形態では、その小濾過効率繊維がPETを含む場合、その小濾過効率繊維のPETは、好ましくは、少なくとも250℃、より好ましくは少なくとも275℃、さらにより好ましくは少なくとも290℃の融点を有している。
大濾過効率繊維
その濾過媒体は、「大濾過効率繊維」をさらに含むが、ここで「大濾過効率繊維」は、本明細書で使用する場合、1ミクロン~5ミクロンの範囲内の繊維直径を有する繊維である。
その濾過媒体は、「大濾過効率繊維」をさらに含むが、ここで「大濾過効率繊維」は、本明細書で使用する場合、1ミクロン~5ミクロンの範囲内の繊維直径を有する繊維である。
いくつかの実施形態では、その大濾過効率繊維が、好ましくは、PET繊維である。いくつかの実施形態では、その大濾過効率繊維が、PETから実質的になっていてもよい。いくつかの実施形態では、その大濾過効率繊維が、PETからなっていてもよい。
それらに追加するか又は代替えとして、その大濾過効率繊維に、以下のものが含まれていてもよい:ナイロン、アクリリック、レーヨン、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレンビニルアルコール(EVOH)、ポリ乳酸(PLA)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、又はその他適切な溶融性ポリマー。
いくつかの実施形態では、その濾過媒体が、少なくとも10重量%、少なくとも15重量%、少なくとも20重量%、少なくとも25重量%、又は少なくとも30重量%の大濾過効率繊維を含む。いくつかの実施形態では、その濾過媒体が、最大で15重量%まで、最大で20重量%まで、最大で25重量%まで、最大で30重量%まで、最大で35重量%までの大濾過効率繊維、最大で40重量%までの大濾過効率繊維、最大で45重量%までの大濾過効率繊維、又は最大で50重量%までの大濾過効率繊維を含む。一つの例示的実施形態では、その濾過媒体には、10重量%~50重量%の大濾過効率繊維が含まれる。また別の例示的実施形態では、その濾過媒体には、10重量%~40重量%の大濾過効率繊維が含まれる。また別の例示的実施形態では、その濾過媒体には、10重量%~25重量%の大濾過効率繊維が含まれる。
いくつかの実施形態では、その大濾過効率繊維が、少なくとも1ミクロン、少なくとも1.5ミクロン、少なくとも2ミクロン、少なくとも3ミクロン、又は少なくとも4ミクロンの繊維直径を有している。いくつかの実施形態では、その大濾過効率繊維が、最大で1.5ミクロンまで、最大で2ミクロンまで、最大で3ミクロンまで、最大で4ミクロンまで、又は最大で5ミクロンまでの繊維直径を有している。たとえば、一つの例示的実施形態では、その大濾過効率繊維が、2ミクロン~4ミクロンの範囲内の繊維直径を有している。また別の例示的実施形態では、その大濾過効率繊維が、2ミクロン~3ミクロンの範囲内の繊維直径を有している。さらにまた別の例示的実施形態では、その大濾過効率繊維が、2.5ミクロンの繊維直径を有している。さらなる例示的実施形態では、その大濾過効率繊維が、2.7ミクロンの繊維直径を有している。
複数の例では、その小濾過効率繊維が、2.7ミクロンの繊維直径を有するPET繊維である。
いくつかの実施形態では、その大濾過効率繊維が、少なくとも0.5mm、少なくとも1mm、又は少なくとも1.5mmの長さを有している。いくつかの実施形態では、その大濾過効率繊維が、最大で10mmまで、最大で11mmまで、最大で12mmまで、又は最大で15mmまでの長さを有している。一つの例示的実施形態では、その大濾過効率繊維が、1mm~15mmの範囲内の長さを有している。さらなる例示的実施形態では、その大濾過効率繊維が、1mm~12mmの範囲内の長さを有している。
いくつかの実施形態では、その大濾過効率繊維がPETを含む場合、その大濾過効率繊維のPETは、好ましくは、少なくとも250℃、より好ましくは少なくとも275℃、さらにより好ましくは少なくとも290℃の融点を有している。
ミクロフィブリル化繊維
その不織布濾過媒体には、ミクロフィブリル化繊維が含まれる。本明細書で使用する場合、ミクロフィブリル化繊維とは、未加工の繊維よりも、表面積が大きく分岐した構造を有する繊維を作り出すように加工した繊維である。
その不織布濾過媒体には、ミクロフィブリル化繊維が含まれる。本明細書で使用する場合、ミクロフィブリル化繊維とは、未加工の繊維よりも、表面積が大きく分岐した構造を有する繊維を作り出すように加工した繊維である。
いくつかの実施形態では、そのミクロフィブリル化繊維が、たとえば、フィブリル化CFF繊維(Engineered Fiber Technology(Shelton,CT)から入手可能)も含めた、ミクロフィブリル化アクリリック繊維であってもよい。いくつかの実施形態では、そのミクロフィブリル化繊維が、たとえば、Lyocell又はTENCELのようなレーヨンも含めた、ミクロフィブリル化セルロース繊維であってもよい。いくつかの実施形態では、そのミクロフィブリル化繊維が、たとえば、TWARON Pulp(Teijin Aramid,B.V.(The Netherlands))も含めた、ミクロフィブリル化パラ-アラミド繊維であってもよい。いくつかの実施形態では、そのミクロフィブリル化繊維が、たとえば、ミクロフィブリル化VECTRAN繊維(Engineered Fiber Technology(Shelton,CT)から入手可能)も含めた、ミクロフィブリル化液晶ポリマー(LCP)であってもよい。いくつかの実施形態では、そのミクロフィブリル化繊維が、たとえば、フィブリル化ZYLON繊維(Engineered Fiber Technology(Shelton,CT)から入手可能)も含めた、ミクロフィブリル化ポリ-p-フェニレンベンゾビスオキサゾール(PBO)繊維であってもよい。
いくつかの実施形態では、その濾過媒体が、少なくとも5重量%、少なくとも10重量%、少なくとも15重量%、少なくとも20重量%、少なくとも25重量%、又は少なくとも30重量%のミクロフィブリル化繊維を含む。いくつかの実施形態では、その濾過媒体が、最大で15重量%まで、最大で20重量%まで、最大で25重量%まで、最大で30重量%まで、最大で35重量%までのミクロフィブリル化繊維、又は最大で40重量%までのミクロフィブリル化繊維を含む。一つの例示的実施形態では、その濾過媒体には、5重量%~40重量%のミクロフィブリル化繊維が含まれる。また別の例示的実施形態では、その濾過媒体には、5重量%~25重量%のミクロフィブリル化繊維が含まれる。さらなる例示的実施形態では、その濾過媒体には、10重量%~40重量%のミクロフィブリル化繊維が含まれる。さらにまた別の例示的実施形態では、その濾過媒体には、10重量%~25重量%のミクロフィブリル化繊維が含まれる。追加の例示的実施形態では、その濾過媒体には、12.5重量%又は25重量%のミクロフィブリル化繊維が含まれる。
いくつかの実施形態では、そのミクロフィブリル化繊維には、ミクロフィブリル化セルロースが含まれる。本明細書におけるミクロフィブリル化セルロース(MFC)は、G.Chinga-Carrasco in Nanoscale Research Letters,2011,6:417によって定義される材料を指し;「MFC材料は、(1)ナノフィブリル、(2)細繊維、(3)繊維片、及び(4)繊維からなり得る。これは、MFCがミクロフィブリル、ナノフィブリル又は任意の他のセルロースナノ構造と必ずしも同義ではないことを意味する。しかしながら、適切に形成されたMFC材料は、主成分としてナノ構造、即ちナノフィブリルを含む」。これらの成分の直径(又はミクロフィブリル化セルロース繊維の場合には「横方向の寸法」)は、同じ文献の表1に再現され、以下のとおりである:(1)ナノフィブリル(<0.1μm);(2)細繊維(<1μm);(3)繊維又は繊維片(10μm~50μm)。
さらに、本明細書で使用される「ミクロフィブリル化セルロース」という用語は、乾燥粉砕セルロース(微粉化セルロース又は超微粒セルロースとも呼ばれる)も、米国特許第5,554,287号明細書に記載されているように酸加水分解によってアモルファス部分を除去することによって得られる微結晶性セルロースも含まない。
いくつかの実施形態では、そのミクロフィブリル化繊維の大部分(すなわち、半分以上)が、最大で1ミクロンまで、最大で1.5ミクロンまで、最大で2ミクロンまで、最大で3ミクロンまで、又は最大で4ミクロンまでの横方向寸法(たとえば、二次元では幅)を有している。いくつかの実施形態では、そのミクロフィブリル化繊維の大部分が、少なくとも0.5ミクロン、又は少なくとも0.7ミクロンの横方向寸法を有している。一つの例示的実施形態では、そのミクロフィブリル化繊維の大部分が、0.5ミクロン~4ミクロンの範囲内の横方向寸法を有している。また別の例示的実施形態では、そのミクロフィブリル化繊維の大部分が、0.5ミクロン~1.5ミクロンの範囲内の横方向寸法を有している。さらなる例示的実施形態では、そのミクロフィブリル化繊維の大部分が、最大で2ミクロンまでの横方向寸法を有している。
いくつかの実施形態では、そのミクロフィブリル化繊維が、その繊維質媒体の内部に組みこまれ(すなわち、全体に分散され)ており、それによって、フィルター媒体(本明細書では、「濾過媒体」又は「フィルター媒体」とも呼ばれている)が形成されている。
不織布濾過媒体の特色
いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体が、少なくとも2%、少なくとも3%、少なくとも4%、少なくとも5%、少なくとも6%、少なくとも7%、少なくとも8%、少なくとも9%、又は少なくとも10%のソリディティを有している。いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体が、最大で5%まで、最大で6%まで、最大で7%まで、最大で8%まで、最大で9%まで、最大で10%まで、最大で11%まで、最大で12%まで、最大で13%まで、最大で14%まで、最大で15%まで、最大で16%まで、最大で17%まで、最大で18%まで、最大で19%まで、又は最大で20%までのソリディティを有している。一つの例示的実施形態では、その不織布濾過媒体が、5%~15%の範囲内のソリディティを有している。いくつかの実施形態では、ソリディティは、実施例で記載されているようにして測定するのが好ましい。
いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体が、少なくとも2%、少なくとも3%、少なくとも4%、少なくとも5%、少なくとも6%、少なくとも7%、少なくとも8%、少なくとも9%、又は少なくとも10%のソリディティを有している。いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体が、最大で5%まで、最大で6%まで、最大で7%まで、最大で8%まで、最大で9%まで、最大で10%まで、最大で11%まで、最大で12%まで、最大で13%まで、最大で14%まで、最大で15%まで、最大で16%まで、最大で17%まで、最大で18%まで、最大で19%まで、又は最大で20%までのソリディティを有している。一つの例示的実施形態では、その不織布濾過媒体が、5%~15%の範囲内のソリディティを有している。いくつかの実施形態では、ソリディティは、実施例で記載されているようにして測定するのが好ましい。
いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体が、少なくとも20グラム/平方メートル(g/m2)、少なくとも24g/m2、少なくとも25g/m2、少なくとも30g/m2、少なくとも35g/m2、少なくとも40g/m2、少なくとも50g/m2、少なくとも60g/m2、又は少なくとも70g/m2基本重量を有している。いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体が、最大で25g/m2まで、最大で30g/m2まで、最大で35g/m2まで、最大で40g/m2まで、最大で50g/m2まで、最大で60g/m2まで、最大で70g/m2まで、最大で75g/m2まで、最大で80g/m2まで、最大で85g/m2まで、最大で90g/m2まで、最大で95g/m2まで、最大で100g/m2まで、又は最大で105g/m2までの基本重量を有している。一つの例示的実施形態では、その不織布濾過媒体が、24g/m2~100g/m2の範囲内の基本重量を有している。いくつかの実施形態では、基本重量は、ASTM D646-13を使用して測定するのが好ましい。
いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体が、少なくとも0.5ミクロン、少なくとも1ミクロン、少なくとも1.5ミクロン、少なくとも2ミクロン、少なくとも3ミクロン、少なくとも5ミクロン、又は少なくとも10ミクロンの孔径を有している。いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体が、最大で5ミクロンまで、最大で10ミクロンまで、最大で15ミクロンまで、又は最大で20ミクロンまでの孔径を有している。一つの例示的実施形態では、その不織布濾過媒体が、0.5ミクロン~20ミクロンの孔径を有している。一つの例示的実施形態では、その不織布濾過媒体が、2ミクロン~15ミクロンの孔径を有している。孔径は、本明細書で使用する場合、ASTM F316-03の記載に従って計算した流通孔径を指している。
いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体が、少なくとも1.5又は少なくとも2のP95/P50比を有している。いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体が、最大で3までのP95/P50比を有している。
いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体が、少なくとも0.1mm、少なくとも0.12mm、少なくとも0.15mm、又は少なくとも0.2mmの厚みを有している。いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体が、最大で0.2mmまで、最大で0.4mmまで、最大で0.5mmまで、最大で0.7mmまで、又は最大で1mmまでの厚みを有している。いくつかの実施形態では、濾過媒体の厚みは、TAPPI T411 om-15試験方法に従い、1.5psiの押え圧力(foot pressure)を使用して測定するのが好ましい。
いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体が、0.5インチの水で少なくとも1ft3/ft2/分、0.5インチの水で少なくとも5ft3/ft2/分、又は0.5インチの水で少なくとも10ft3/ft2/分の透過性を有している。いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体が、0.5インチの水で最大で10ft3/ft2/分まで、0.5インチの水で最大で20ft3/ft2/分まで、0.5インチの水で最大で50ft3/ft2/分まで、0.5インチの水で最大で75ft3/ft2/分まで、又は0.5インチの水で最大で100ft3/ft2/分までの透過性を有している。一つの例示的実施形態では、その不織布濾過媒体が、0.5インチの水で1ft3/ft2/分から、0.5インチの水で100ft3/ft2/分までの範囲内の透過性を有している。また別の例示的実施形態では、その不織布濾過媒体が、0.5インチの水で10ft3/ft2/分から、0.5インチの水で75ft3/ft2/分までの範囲内の透過性を有している。いくつかの実施形態では、空気透過性を、ASTM D737-18に従って測定するのが好ましい。
いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体が、樹脂を実質的に含まない。いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体には、樹脂を含まない。本発明がなされた時点では、フィルター媒体中での繊維の間隔を維持するため、及び媒体の不安定性を防止するために樹脂が使用されることが多かった。しかしながら樹脂は、フィルター媒体の中の細孔を塞ぎ、濾過媒体のソリディティ、従って寿命を低下させる。
理論に束縛されることなく言えば、ミクロフィブリル化繊維を大濾過効率繊維(1ミクロン~5ミクロンの範囲内の繊維直径を有する)と組み合わせて使用することが、樹脂を実質的に含まない濾過媒体を可能とするには、特に有益であると考えられる。そのミクロフィブリル化繊維が、より高い引張強度を与えて、繊維の間隔を維持するのに役立つと考えられる。さらには、その大濾過効率繊維が、より均質な細孔構造を与えると考えられる。
いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体が、二成分繊維を25重量%~85重量%の範囲内で含んでいる。25重量%未満の二成分繊維を使用すると、不十分な強度を有する媒体が得られることになると予想されるが、その理由は、その二成分繊維のバインダー部分が、使用時において媒体を相互に保持するのに役立っているからである。85重量%を越えて二成分繊維を使用すると、媒体の中で、望まれる濾過効率及び均質な構造を与えるための他の繊維が不十分となるであろう。
いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体が、小濾過効率繊維(少なくとも0.1ミクロン且つ1ミクロン未満の繊維直径を有する)を、5重量%~50重量%の範囲内の量で含んでいる。5重量%未満の小濾過効率繊維を使用すると、多くの場合、望まれる濾過効率(たとえば、10より高いβ4μm)を与えない媒体が得られる。50重量%を越えて小濾過効率繊維を使用すると、圧力低下が増大し、多くの場合、媒体がより弱くなるであろうが、その理由は、繊維が他の繊維と、媒体中でそれらを保持するのに役立つような接触状態にならないからである。
いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体には、大濾過効率繊維(1ミクロン~5ミクロンの範囲内の繊維直径を有する)を、10重量%~50重量%の範囲内の量で含んでいる。10重量%未満の大濾過効率繊維を使用すると、多くの場合、不規則な孔径を有する媒体が得られることになる。50重量%を越えて大濾過効率繊維を使用すると、多くの場合、望まれる濾過効率を達成するのに十分な小濾過効率繊維、或いは使用時に必要とされる強度を与えるための十分な二成分繊維を含まない媒体が得られる。
いくつかの実施形態では、その不織布濾過媒体が、ミクロフィブリル化繊維を、5重量%~25重量%の範囲内の量で含んでいる。5重量%未満のミクロフィブリル化繊維を使用すると、多くの場合、使用時に十分な強度を有さず、濾過効率が低い媒体が得られる。25重量%を越えてミクロフィブリル化繊維を使用すると、多くの場合、不規則な孔径を有することとなる(P95/P50比が高いことで示される)。
過去では、樹脂の代替え物として、低温溶融PET繊維が使用されている時もあった。しかしながら、それらの繊維は、不織布濾過媒体の製造の際に溶融し、そして樹脂と同様に、フィルター媒体の中の細孔を塞ぎ、ソリディティ、従って寿命を低下させる。
濾過媒体を使用する方法
本明細書に記載された濾過媒体は、当業者が考えつくいずれかの方法で使用することができる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載された濾過媒体が、液体ストリームを濾過するのに特に適している。
本明細書に記載された濾過媒体は、当業者が考えつくいずれかの方法で使用することができる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載された濾過媒体が、液体ストリームを濾過するのに特に適している。
例示的な液体ストリームとしては、たとえば、以下のものが挙げられる:燃料、作動油、プロセス水、空気、ディーゼルエンジン流体(DEF)、ディーゼルエンジン潤滑油、ブローバイガスなど、及びそれらの組合せ。
いくつかの実施形態では、液体ストリームを濾過する方法には、汚染物を含む液体ストリームを、不織布濾過媒体を通過させる工程、そしてその液体ストリームから汚染物を除去する工程が含まれていてよい。
例示的な濾過媒体の態様
[態様1]
不織布濾過媒体であって、25重量%~85重量%の、5ミクロン~25ミクロンの範囲内の繊維直径及び0.1cm~15cmの繊維長さを有する二成分繊維;5重量%~50重量%の、少なくとも0.1ミクロン且つ1ミクロン未満の繊維直径を有する小濾過効率繊維;10重量%~50重量%の、1ミクロン~5ミクロンの範囲内の繊維直径を有する大濾過効率繊維;並びに5重量%~25重量%のミクロフィブリル化繊維であって、前記ミクロフィブリル化繊維の大部分が、最大で4ミクロンまでの横方向寸法を有するミクロフィブリル化繊維を含み、前記不織布濾過媒体が、ガラス繊維を実質的に含まない、不織布濾過媒体。
[態様2]
25重量%~75重量%の前記二成分繊維;10重量%~50重量%の前記小濾過効率繊維;10重量%~25重量%の前記大濾過効率繊維;又は10重量%~25重量%の前記ミクロフィブリル化繊維;又はそれらの組合せ:を含む、態様1に記載の不織布濾過媒体。
[態様3]
前記重量%が、前記二成分繊維、前記小濾過効率繊維、前記大濾過効率繊維、及び前記ミクロフィブリル化セルロース繊維を基準とする、態様1又は態様2に記載の不織布濾過媒体。
[態様4]
前記二成分繊維が、構造ポリマー部分及び熱可塑性のバインダーポリマー部分を含み、前記構造ポリマー部分が、前記バインダーポリマー部分の融点よりも高い融点を有する、態様1~3のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様5]
前記二成分繊維の構造ポリマー部分が、少なくとも240℃の融点を有し、そして前記二成分繊維のバインダーポリマー部分が、最大で115℃までの融点を有する、態様4に記載の不織布濾過媒体。
[態様6]
前記二成分繊維の構造ポリマー部分が、少なくとも240℃の融点を有し、そして前記二成分繊維のバインダーポリマー部分が、100℃~190℃の範囲内の融点を有する、態様4に記載の不織布濾過媒体。
[態様7]
前記二成分繊維の前記バインダーポリマー部分が、140℃~160℃の範囲内の融点を有する、態様6に記載の不織布濾過媒体。
[態様8]
前記構造ポリマー部分が、前記二成分繊維の前記コアであり、そして前記シースが、前記二成分繊維の前記熱可塑性のバインダーポリマー部分である、態様4~7のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様9]
前記構造ポリマー部分が、ポリエチレンテレフタレート(PET)を含み、そして前記熱可塑性のバインダーポリマー部分が、coPETを含む、態様4~8のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様10]
前記二成分繊維が、第一の二成分繊維、及び第二の二成分繊維を含む、態様1~9のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様11]
小濾過効率繊維が、少なくとも0.4ミクロン且つ1ミクロン未満の繊維直径を有する、態様1~10のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様12]
前記小濾過効率繊維が、0.6ミクロン~0.8ミクロンの範囲内の繊維直径を有する、態様1~11のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様13]
前記小濾過効率繊維が、0.7ミクロンの繊維直径を有する、態様1~12のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様14]
前記小濾過効率繊維が、1mm~15mmの範囲内の長さを有する、態様1~13のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様15]
前記小濾過効率繊維が、ポリエチレンテレフタレート(PET)を含む、態様1~14のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様16]
前記大濾過効率繊維が、2ミクロン~4ミクロンの範囲内の繊維直径を有する、態様1~15のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様17]
前記大濾過効率繊維が、ポリエチレンテレフタレート(PET)を含む、態様1~16のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様18]
前記ミクロフィブリル化繊維の大部分が、最大で2ミクロンまでの横方向寸法を有する、態様1~17のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様19]
前記ミクロフィブリル化繊維の大部分が、0.5ミクロン~1.5ミクロンの範囲内の横方向寸法を有する、態様1~18のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様20]
前記ミクロフィブリル化繊維が、ミクロフィブリル化セルロース繊維を含む、態様1~19のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様21]
前記不織布濾過媒体が、5%~15%の範囲内のソリディティを有する、態様1~20のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様22]
前記不織布濾過媒体が、24g/m2~100g/m2の範囲内の基本重量を有する、態様1~21のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様23]
前記不織布濾過媒体が、0.5ミクロン~20ミクロンの範囲内の孔径を有する、態様1~22のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様24]
前記不織布濾過媒体が、少なくとも1.5又は少なくとも2のP95/P50比を有する、態様1~23のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様25]
前記不織布濾過媒体が、最大で3までのP95/P50比を有する、態様1~24のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様26]
前記不織布濾過媒体が、0.12mm~1mmの範囲内の厚みを有する、態様1~25のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様27]
前記不織布濾過媒体が、0.5インチの水で1ft3/ft2/分から、0.5インチの水で100ft3/ft2/分までの範囲内の透過性を有する、態様1~26のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様28]
前記不織布濾過媒体が、樹脂を実質的に含まない、態様1~27のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様29]
前記不織布濾過媒体が、ガラス繊維を実質的に含まない、態様1~28のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様30]
前記小濾過効率繊維が、ポリエチレンテレフタレート(PET)を含み、そして前記小濾過効率繊維の前記PETが、少なくとも250℃、少なくとも275℃、又は少なくとも290℃の融点を有する、態様1~29のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様31]
前記大濾過効率繊維が、ポリエチレンテレフタレート(PET)を含み、そして前記大濾過効率繊維の前記PETが、少なくとも250℃、少なくとも275℃、又は少なくとも290℃の融点を有する、態様1~30のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様32]
液体ストリームを濾過する方法であって、前記方法が、不織布濾過媒体を通して汚染物を含む液体ストリームを通過させる工程(前記不織布濾過媒体は、態様1~31のいずれかに記載の不織布濾過媒体を含む)、及び前記汚染物を前記液体ストリームから除去する工程、を含む方法。
[態様33]
前記液体ストリームが、燃料、作動油、プロセス水、空気、ディーゼルエンジン流体(DEF)、ディーゼルエンジン潤滑油、若しくはブローバイガス、又はそれらの組合せを含む、態様32に記載の方法。
[態様1]
不織布濾過媒体であって、25重量%~85重量%の、5ミクロン~25ミクロンの範囲内の繊維直径及び0.1cm~15cmの繊維長さを有する二成分繊維;5重量%~50重量%の、少なくとも0.1ミクロン且つ1ミクロン未満の繊維直径を有する小濾過効率繊維;10重量%~50重量%の、1ミクロン~5ミクロンの範囲内の繊維直径を有する大濾過効率繊維;並びに5重量%~25重量%のミクロフィブリル化繊維であって、前記ミクロフィブリル化繊維の大部分が、最大で4ミクロンまでの横方向寸法を有するミクロフィブリル化繊維を含み、前記不織布濾過媒体が、ガラス繊維を実質的に含まない、不織布濾過媒体。
[態様2]
25重量%~75重量%の前記二成分繊維;10重量%~50重量%の前記小濾過効率繊維;10重量%~25重量%の前記大濾過効率繊維;又は10重量%~25重量%の前記ミクロフィブリル化繊維;又はそれらの組合せ:を含む、態様1に記載の不織布濾過媒体。
[態様3]
前記重量%が、前記二成分繊維、前記小濾過効率繊維、前記大濾過効率繊維、及び前記ミクロフィブリル化セルロース繊維を基準とする、態様1又は態様2に記載の不織布濾過媒体。
[態様4]
前記二成分繊維が、構造ポリマー部分及び熱可塑性のバインダーポリマー部分を含み、前記構造ポリマー部分が、前記バインダーポリマー部分の融点よりも高い融点を有する、態様1~3のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様5]
前記二成分繊維の構造ポリマー部分が、少なくとも240℃の融点を有し、そして前記二成分繊維のバインダーポリマー部分が、最大で115℃までの融点を有する、態様4に記載の不織布濾過媒体。
[態様6]
前記二成分繊維の構造ポリマー部分が、少なくとも240℃の融点を有し、そして前記二成分繊維のバインダーポリマー部分が、100℃~190℃の範囲内の融点を有する、態様4に記載の不織布濾過媒体。
[態様7]
前記二成分繊維の前記バインダーポリマー部分が、140℃~160℃の範囲内の融点を有する、態様6に記載の不織布濾過媒体。
[態様8]
前記構造ポリマー部分が、前記二成分繊維の前記コアであり、そして前記シースが、前記二成分繊維の前記熱可塑性のバインダーポリマー部分である、態様4~7のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様9]
前記構造ポリマー部分が、ポリエチレンテレフタレート(PET)を含み、そして前記熱可塑性のバインダーポリマー部分が、coPETを含む、態様4~8のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様10]
前記二成分繊維が、第一の二成分繊維、及び第二の二成分繊維を含む、態様1~9のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様11]
小濾過効率繊維が、少なくとも0.4ミクロン且つ1ミクロン未満の繊維直径を有する、態様1~10のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様12]
前記小濾過効率繊維が、0.6ミクロン~0.8ミクロンの範囲内の繊維直径を有する、態様1~11のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様13]
前記小濾過効率繊維が、0.7ミクロンの繊維直径を有する、態様1~12のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様14]
前記小濾過効率繊維が、1mm~15mmの範囲内の長さを有する、態様1~13のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様15]
前記小濾過効率繊維が、ポリエチレンテレフタレート(PET)を含む、態様1~14のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様16]
前記大濾過効率繊維が、2ミクロン~4ミクロンの範囲内の繊維直径を有する、態様1~15のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様17]
前記大濾過効率繊維が、ポリエチレンテレフタレート(PET)を含む、態様1~16のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様18]
前記ミクロフィブリル化繊維の大部分が、最大で2ミクロンまでの横方向寸法を有する、態様1~17のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様19]
前記ミクロフィブリル化繊維の大部分が、0.5ミクロン~1.5ミクロンの範囲内の横方向寸法を有する、態様1~18のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様20]
前記ミクロフィブリル化繊維が、ミクロフィブリル化セルロース繊維を含む、態様1~19のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様21]
前記不織布濾過媒体が、5%~15%の範囲内のソリディティを有する、態様1~20のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様22]
前記不織布濾過媒体が、24g/m2~100g/m2の範囲内の基本重量を有する、態様1~21のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様23]
前記不織布濾過媒体が、0.5ミクロン~20ミクロンの範囲内の孔径を有する、態様1~22のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様24]
前記不織布濾過媒体が、少なくとも1.5又は少なくとも2のP95/P50比を有する、態様1~23のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様25]
前記不織布濾過媒体が、最大で3までのP95/P50比を有する、態様1~24のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様26]
前記不織布濾過媒体が、0.12mm~1mmの範囲内の厚みを有する、態様1~25のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様27]
前記不織布濾過媒体が、0.5インチの水で1ft3/ft2/分から、0.5インチの水で100ft3/ft2/分までの範囲内の透過性を有する、態様1~26のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様28]
前記不織布濾過媒体が、樹脂を実質的に含まない、態様1~27のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様29]
前記不織布濾過媒体が、ガラス繊維を実質的に含まない、態様1~28のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様30]
前記小濾過効率繊維が、ポリエチレンテレフタレート(PET)を含み、そして前記小濾過効率繊維の前記PETが、少なくとも250℃、少なくとも275℃、又は少なくとも290℃の融点を有する、態様1~29のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様31]
前記大濾過効率繊維が、ポリエチレンテレフタレート(PET)を含み、そして前記大濾過効率繊維の前記PETが、少なくとも250℃、少なくとも275℃、又は少なくとも290℃の融点を有する、態様1~30のいずれかに記載の不織布濾過媒体。
[態様32]
液体ストリームを濾過する方法であって、前記方法が、不織布濾過媒体を通して汚染物を含む液体ストリームを通過させる工程(前記不織布濾過媒体は、態様1~31のいずれかに記載の不織布濾過媒体を含む)、及び前記汚染物を前記液体ストリームから除去する工程、を含む方法。
[態様33]
前記液体ストリームが、燃料、作動油、プロセス水、空気、ディーゼルエンジン流体(DEF)、ディーゼルエンジン潤滑油、若しくはブローバイガス、又はそれらの組合せを含む、態様32に記載の方法。
以下の実施例により、本発明を説明する。特定の例、物質、量、及び手順は、本明細書で言及される本発明の範囲及び精神に従って、幅広く解釈するべきであるということを理解されたい。
以下の実施例で使用されるすべての反応剤、出発物質、及び溶媒は、商業的供給業者(たとえば、Sigma Aldrich(St.Louis,MO))から購入し、特に断らない限り、さらなる精製を加えることなく使用した。
媒体ハンドシートの作製
30cm×30cmのシートに形成されたときに必要な坪量となるように成分繊維を秤量することにより、ハンドシートを作製した。FORMAX 12インチ×12インチのステンレス鋼シートモールド(カタログ番号G-100、Adirondack Machine Corporation,Hudson Falls,NY)をハンドシート成形機として使用し、100μm未満の細孔を有する均一な不織布スクリム層を成形機の下部に(取り外し可能な成形ワイヤは、使用しなかった)配置することによって作製した。次に、成形機を冷たい水道水でほぼ満たしたが、1.5Lの追加の水を加える余地を残した。1mLのTide HE洗濯石鹸(Procter&Gamble,Cincinnati,OH)をハンドシート成形機の水に加えた。繊維を作製するために、1Lの冷たい水道水を200mLの5%酢酸水溶液と一緒にVitamixブレンダーに加えた。秤量した繊維をブレンダーに加え、中低速で180秒間混ぜた。次に、ブレンダーの内容物をハンドシート成形機に加え、ハンドシート成形機の内容物を混ぜて、繊維が均一に分散されるようにした。ハンドシート成形機の底から水を排出し、繊維が不織布スクリムに集められたときに繊維がシートを形成できるようにした。ワイヤ側で真空吸引を使用してシートから水を除去し、ハンドシート(依然としてスクリム上にある)を片面ホットプレートスピードドライヤー(Model 135 Speed Dryer,Emerson Apparatus,Gorham,ME)で120℃において10分間乾燥させた。シートを(スクリムから)取り外し、使用前に周囲条件まで冷却した。
30cm×30cmのシートに形成されたときに必要な坪量となるように成分繊維を秤量することにより、ハンドシートを作製した。FORMAX 12インチ×12インチのステンレス鋼シートモールド(カタログ番号G-100、Adirondack Machine Corporation,Hudson Falls,NY)をハンドシート成形機として使用し、100μm未満の細孔を有する均一な不織布スクリム層を成形機の下部に(取り外し可能な成形ワイヤは、使用しなかった)配置することによって作製した。次に、成形機を冷たい水道水でほぼ満たしたが、1.5Lの追加の水を加える余地を残した。1mLのTide HE洗濯石鹸(Procter&Gamble,Cincinnati,OH)をハンドシート成形機の水に加えた。繊維を作製するために、1Lの冷たい水道水を200mLの5%酢酸水溶液と一緒にVitamixブレンダーに加えた。秤量した繊維をブレンダーに加え、中低速で180秒間混ぜた。次に、ブレンダーの内容物をハンドシート成形機に加え、ハンドシート成形機の内容物を混ぜて、繊維が均一に分散されるようにした。ハンドシート成形機の底から水を排出し、繊維が不織布スクリムに集められたときに繊維がシートを形成できるようにした。ワイヤ側で真空吸引を使用してシートから水を除去し、ハンドシート(依然としてスクリム上にある)を片面ホットプレートスピードドライヤー(Model 135 Speed Dryer,Emerson Apparatus,Gorham,ME)で120℃において10分間乾燥させた。シートを(スクリムから)取り外し、使用前に周囲条件まで冷却した。
媒体の特性評価
液体濾過性能試験(マルチパス)
円状のフラットシートを使用し、以下の記述に従って、クリーンでの圧力低下、媒体速度、濾過容量、及び4μm Beta(β4μm)を計算した。
液体濾過性能試験(マルチパス)
円状のフラットシートを使用し、以下の記述に従って、クリーンでの圧力低下、媒体速度、濾過容量、及び4μm Beta(β4μm)を計算した。
実施例2及び3の場合
ISO 16889:2008(Hydraulic fluid power - Filters - Multi-pass method for evaluating filtration performance of a filter element)の記載に従って、媒体を試験したが、但し、水圧液体(hydraulic fluid)には、ISO Medium Test Dustに代えてISO Fine Test Dustを使用して、負荷をかけた。その媒体の面積は0.0507m2であり、その試験流速は2L/分であり、そしてその試験を、末端要素での差圧が200kPaになるまで実施した。
ISO 16889:2008(Hydraulic fluid power - Filters - Multi-pass method for evaluating filtration performance of a filter element)の記載に従って、媒体を試験したが、但し、水圧液体(hydraulic fluid)には、ISO Medium Test Dustに代えてISO Fine Test Dustを使用して、負荷をかけた。その媒体の面積は0.0507m2であり、その試験流速は2L/分であり、そしてその試験を、末端要素での差圧が200kPaになるまで実施した。
実施例4の場合
ISO 16889:2008(Hydraulic fluid power - Filters - Multi-pass method for evaluating filtration performance of a filter element)の記載に従って、媒体を試験した。その媒体の面積は0.0507m2であり、その試験流速は16L/分であり、そしてその試験を、末端要素での差圧が320kPaになるまで実施した。
ISO 16889:2008(Hydraulic fluid power - Filters - Multi-pass method for evaluating filtration performance of a filter element)の記載に従って、媒体を試験した。その媒体の面積は0.0507m2であり、その試験流速は16L/分であり、そしてその試験を、末端要素での差圧が320kPaになるまで実施した。
性能指数
性能指数(Figure of Merit=FOM)は、最小限のエネルギーを使用して、ストリームに、あるレベルの清澄化を与えるための、フィルター媒体の性能及びフィルター媒体の能力の尺度である。
性能指数(Figure of Merit=FOM)は、最小限のエネルギーを使用して、ストリームに、あるレベルの清澄化を与えるための、フィルター媒体の性能及びフィルター媒体の能力の尺度である。
FOM(単位、kPa-1)は、次の式を使用して計算する:
FOM=-ln(1/β4μm)/(ΔP/媒体速度)
ln(1/β4μm)は、β4μmの逆数の自然対数値である。β4μm(無次元)、圧力低下(ΔP又はdP)(単位、kPa)、及び媒体速度(単位、mm/秒)を、上述の、液体濾過性能試験のセクションの記述に従って求める。
FOM=-ln(1/β4μm)/(ΔP/媒体速度)
ln(1/β4μm)は、β4μmの逆数の自然対数値である。β4μm(無次元)、圧力低下(ΔP又はdP)(単位、kPa)、及び媒体速度(単位、mm/秒)を、上述の、液体濾過性能試験のセクションの記述に従って求める。
基本重量、基本容積、厚み、及びソリディティ
不織布層(たとえば、非細繊維層、又は細繊維層と非細繊維層とを含む複合層を含む)のソリディティ(c)は、次式を使用して計算する:
c=BW/ρZ
ここで、BWは基本重量であり、ρは繊維の密度であり、そしてZは媒体の厚みである。
不織布層(たとえば、非細繊維層、又は細繊維層と非細繊維層とを含む複合層を含む)のソリディティ(c)は、次式を使用して計算する:
c=BW/ρZ
ここで、BWは基本重量であり、ρは繊維の密度であり、そしてZは媒体の厚みである。
厚みは、TAPPI T411 om-15、名称「Thickness(caliper)of paper,paperboard,and combined board;」に従って測定したが、1.5psiの押え圧力(foot prssure)を使用した。基本重量は、TAPPI T410 om-08を使用して測定し、乾燥媒体(繊維及びスクリム)の質量は、スクリム上の30cm×30cmのサンプルを使用して測定した。
基本容積(BV=BW/Z)、すなわち、基本重量を厚みで割り算することにより計算する。
透過性
試験する媒体から、少なくとも38cm2のサンプルを切り出した。そのサンプルを、TEXTEST(登録商標)FX 3310(Textest AG(Schwerzenbach,Switzerland)から入手)に取り付けた。空気を使用して、その媒体を通過させる透過性を測定したが、1分あたり、媒体の平方フィートあたりの空気の立方フィート(ft3空気/ft2媒体/分)、又は1分あたり、媒体の平方メートルあたりの空気の立方メートル(m3空気/m2媒体/分)を、水柱0.5インチ(125Pa)の圧力低下のところで測定した。
試験する媒体から、少なくとも38cm2のサンプルを切り出した。そのサンプルを、TEXTEST(登録商標)FX 3310(Textest AG(Schwerzenbach,Switzerland)から入手)に取り付けた。空気を使用して、その媒体を通過させる透過性を測定したが、1分あたり、媒体の平方フィートあたりの空気の立方フィート(ft3空気/ft2媒体/分)、又は1分あたり、媒体の平方メートルあたりの空気の立方メートル(m3空気/m2媒体/分)を、水柱0.5インチ(125Pa)の圧力低下のところで測定した。
キャピラリーフローポロメトリー(細孔径の測定)
細孔径の測定は、Porometer 3G(Quanachrome Instruments,Boynton Beach,CA)での連続圧力スキャンを使用したキャピラリーフローポロメトリー法によって行った。
細孔径の測定は、Porometer 3G(Quanachrome Instruments,Boynton Beach,CA)での連続圧力スキャンを使用したキャピラリーフローポロメトリー法によって行った。
この方法では、20.1ダイン/cmの表面張力及び0の濡れ接触角を有するシリコーン油を使用し、試料を湿潤状態と乾燥状態との両方で試験した(最初に乾燥、次に湿潤)。直径6mmの試料を、2%~98%の範囲の累積細孔径分布の大部分を測定するために選択された連続圧力スキャンにかけた。
試料は、湿潤及び乾燥した状態で低圧から高圧まで試験した。試験の飽和部分の気流及び試料の圧力は、一般に湿潤曲線と呼ばれる。乾燥曲線と湿潤曲線との両方の圧力のスキャン範囲全体で256のデータポイントを収集した。データポイントは、スキャン全体で1分当たり約17データポイントの速度で収集した。試験は、周囲条件(例えば、20℃~25℃)で行った。経験的な屈曲係数及び/又は形状係数を適用する細孔径の精細度の調整は、行わなかった。
フローポロメトリー試験手順では、乾燥試料の一連の圧力(典型的にはx軸にプロット)及び気流(典型的にはy軸にプロット)のデータ並びに飽和(湿潤)試料の圧力及び気流のデータのセットを収集する。これらの2つのデータセットは、一般に乾燥曲線及び湿潤曲線と呼ぶ。即ち、
乾燥曲線=Vdry=圧力の関数として乾燥試料を通過する気流であり、
湿潤曲線=Vwet=圧力の関数として飽和試料を通過する気流である。
乾燥曲線=Vdry=圧力の関数として乾燥試料を通過する気流であり、
湿潤曲線=Vwet=圧力の関数として飽和試料を通過する気流である。
キャピラリー理論に基づいて、試料にわたる圧力差(ΔP)を、Young-Laplaceの式を使用して細孔径(d)に変換することができる。
式中、
γ=流体の表面張力であり、
θ=流体の接触角であり、
d=細孔径であり、
ΔP=試料にわたる圧力差である。
γ=流体の表面張力であり、
θ=流体の接触角であり、
d=細孔径であり、
ΔP=試料にわたる圧力差である。
この変換により、乾燥曲線及び湿潤曲線を細孔径の関数として定義することができる。即ち、
乾燥曲線=V’dry=直径の関数として乾燥試料を通過する気流であり、
湿潤曲線=V’wet=直径の関数として飽和試料を通過する気流である。
乾燥曲線=V’dry=直径の関数として乾燥試料を通過する気流であり、
湿潤曲線=V’wet=直径の関数として飽和試料を通過する気流である。
累積分布は、0%から100%への累積分布の増加として又は100%から0%への累積分布の減少として表すことができる。本明細書における細孔径は、累積流動細孔径分布の増加から定義される。ここで、
累積流動細孔分布の増加=1-Q(d)
である。
累積流動細孔分布の増加=1-Q(d)
である。
この曲線に沿った点をより明確にするために、本明細書では、対応する細孔径(d)に等しい様々なP(x%)値を定義する。
P(x%)=d、式中、x%=1-Q(d)である。
P(x%)=d、式中、x%=1-Q(d)である。
例には、限定されるものではないが、以下が含まれる:
P5は、5%の累積流動細孔分布の増加を有する細孔径である。
P10は、10%の累積流動細孔分布の増加を有する細孔径である。
P50は、50%の累積流動細孔分布の増加を有する細孔径である。
P90は、90%の累積流動細孔分布の増加を有する細孔径である。
P95は、95%の累積流動細孔分布の増加を有する細孔径である。
P5は、5%の累積流動細孔分布の増加を有する細孔径である。
P10は、10%の累積流動細孔分布の増加を有する細孔径である。
P50は、50%の累積流動細孔分布の増加を有する細孔径である。
P90は、90%の累積流動細孔分布の増加を有する細孔径である。
P95は、95%の累積流動細孔分布の増加を有する細孔径である。
最大細孔径が報告されている場合、最大細孔径は、自動バブルポイント(BP Auto Tolerance)法を使用して、Porometer 3G(Quanachrome Instruments,Boynton Beach,CA)を用いてバブルポイントを検出することによって決定した。この方法によると、バブルポイントは、流体が試料を通過し始めた後にバブルポイントが検出され、3つの連続測定値が少なくとも1%増加した。バブルポイントは、この連続した3つのポイントの開始時の値である。
実施例1
40重量%の14μmの直径の二成分繊維、20重量%の0.7μmの直径のPET繊維、20重量%の2.5μmの直径のPET繊維、及び20重量%の1μmの直径のミクロフィブリル化レーヨン繊維を含むガラスフリーのフィルター媒体を、Geodict(Math2Market)を使用して、シミュレートした。そのようにして得られた媒体の図的記述を、図1に示す。
40重量%の14μmの直径の二成分繊維、20重量%の0.7μmの直径のPET繊維、20重量%の2.5μmの直径のPET繊維、及び20重量%の1μmの直径のミクロフィブリル化レーヨン繊維を含むガラスフリーのフィルター媒体を、Geodict(Math2Market)を使用して、シミュレートした。そのようにして得られた媒体の図的記述を、図1に示す。
実施例2
ハンドシートを、上で記述したようにして、24g/m2の14μmの直径の二成分繊維(Advansa 271P)を、量を変えた700nmの直径のPET繊維(TJ04BN、帝人ファイバー株式会社(日本、大阪))と混合する(図2、青色のデータポイント、青色のトレンドライン)か、又は、24g/m2の14μmの直径の二成分繊維を、量を変えた700nmの直径のPET繊維、1μmの直径のミクロフィブリル化レーヨン繊維(Lyocell)、及び2.5μmの直径のPET繊維(帝人ファイバー株式会社(日本、大阪))と混合する(図2、桃色のデータポイント、桃色のトレンドライン)ことにより調製し、βを測定して、β4μm=10,000を得た。結果を図2に示す。700nmの直径のPET繊維のみの量を変化させて使用して、基本重量を変化させた。添加したそれぞれの繊維の量を表1に示す。
ハンドシートを、上で記述したようにして、24g/m2の14μmの直径の二成分繊維(Advansa 271P)を、量を変えた700nmの直径のPET繊維(TJ04BN、帝人ファイバー株式会社(日本、大阪))と混合する(図2、青色のデータポイント、青色のトレンドライン)か、又は、24g/m2の14μmの直径の二成分繊維を、量を変えた700nmの直径のPET繊維、1μmの直径のミクロフィブリル化レーヨン繊維(Lyocell)、及び2.5μmの直径のPET繊維(帝人ファイバー株式会社(日本、大阪))と混合する(図2、桃色のデータポイント、桃色のトレンドライン)ことにより調製し、βを測定して、β4μm=10,000を得た。結果を図2に示す。700nmの直径のPET繊維のみの量を変化させて使用して、基本重量を変化させた。添加したそれぞれの繊維の量を表1に示す。
収集したデータを外挿すると、24g/m2の14μmの直径の二成分繊維を含む媒体からβ4μm=10,000を達成するには、約20g/m2の700nmの直径のPET繊維が必要とされるであろうと予想される。しかしながら、その700nmの直径のPET繊維及び14μmの直径の二成分繊維に対して、1μmの直径のミクロフィブリル化レーヨン繊維及び2.5μmの直径のPET繊維を添加すると、β4μm=10,000を達成するには、わずか約12g/m2の700nmの直径のPET繊維で足りるであろう。
これらの結果は、予想もされなかったことであるが、その理由は、典型的な場合では、液体濾過のための高い濾過効率の媒体を作製するには、より小さい繊維が添加されるからである。しかしながら、この実施例にみられるように、14μmの直径の二成分繊維に対して700nmの直径のPET繊維を添加することにより達成されるのと同じ濾過効率が、これらのより小さい繊維の幾分かを除き、それらをより大きい繊維(1μm(1000nm)-直径のミクロフィブリル化レーヨン繊維及び2.5μm(2500nm)-直径のPET繊維に置き換えることにより達成された。
理論に束縛されることなく言えば、2.5μmの直径のPET繊維と組み合わせて、1μmの直径のミクロフィブリル化レーヨン繊維を使用するのが、特に有益であると考えられる。その1μmの直径のミクロフィブリル化レーヨン繊維は、そのミクロフィブリル化レーヨン繊維なしで2.5μmの直径のPET繊維を使用した場合よりも、より高い引張強度を与えると考えられる。その2.5μmの直径のPET繊維は、2.5μmの直径のPET繊維なしでミクロフィブリル化レーヨン繊維を使用した場合よりも、より均質な細孔構造を与えると考えられる。
実施例3
Captimax 190 SC(Ahlstrom)(図3、「ベース層」)に対して、及びポリエステルのメルトブローン物(FF40/240 PBT、Ahlstrom)とCaptimax 190 SC(Ahlstrom)との組合せ(図3、「ベース層上のポリエステルのメルトブローン物」)に対して、40mg/Lの濃度で、ISO Fine試験ダストを使用して、β4μmを測定した。
Captimax 190 SC(Ahlstrom)(図3、「ベース層」)に対して、及びポリエステルのメルトブローン物(FF40/240 PBT、Ahlstrom)とCaptimax 190 SC(Ahlstrom)との組合せ(図3、「ベース層上のポリエステルのメルトブローン物」)に対して、40mg/Lの濃度で、ISO Fine試験ダストを使用して、β4μmを測定した。
湿式レイドプロセスで、50重量%の14μmの直径の二成分繊維を、1μmの直径のミクロフィブリル化レーヨン繊維(Lyocell)及び2.7μmの直径のPET繊維(TJ04BN、帝人)と混合することによりハンドシートを調製した(図3、「DCIガラスフリー/ベース層」)。ISO Fine試験ダストを、40mg/Lの濃度で使用して、β4μmを測定した。結果を図3に示す。
Captimax媒体についてβ4μmを測定すると、濾過効率の変動が観察された。理論に束縛されることなく言えば、これはおそらく、孔径の均質性が欠けているためであろう。より大きな細孔が存在すると、観察される濾過効率が低下することになるが、より大きな粒子を、それらの大きな粒子が、より大きな細孔を充填するまで添加すると、その時点で、濾過効率が再び向上する。
実施例4
上で記述したようにして、co-PET/PET二成分繊維(TJ04CN、帝人(株)(日本、東京))、2.7μmの直径のPET繊維(帝人(株)(日本、東京))、ミクロフィブリル化セルロース繊維(L-10-4、Engineered Fibers Technology.LLC(Shelton,CT))、及び700nmの直径のPET繊維(帝人(株)(日本、東京))を、表2Aに示した比率で混合することにより、ハンドシートを調製した。
上で記述したようにして、co-PET/PET二成分繊維(TJ04CN、帝人(株)(日本、東京))、2.7μmの直径のPET繊維(帝人(株)(日本、東京))、ミクロフィブリル化セルロース繊維(L-10-4、Engineered Fibers Technology.LLC(Shelton,CT))、及び700nmの直径のPET繊維(帝人(株)(日本、東京))を、表2Aに示した比率で混合することにより、ハンドシートを調製した。
そのようにして得られた媒体の物理的性質(質量、厚み、透過性、基本重量、基本容積、及びソリディティ)について、先に記述したようにして試験したが、それらの結果を表2Bに示す。
そのようにして得られた媒体の孔径を、先に記述したようにして試験したが、それらの結果を表2Cに示す。クリーンでの圧力低下、媒体速度、濾過容量、及び4μmBeta(β4μm)を、先に記述したようにして計算したが、それらの結果を表2Cに示す。
濾過効率(β4μm)を、それぞれのハンドシートにおける、ミクロフィブリル化レーヨンと700nmの直径のPET繊維とを組み合わせた繊維質量パーセント(重量%)を用いて比較した(図5)。これらの結果から、これらの2種の繊維の合計した繊維質量パーセントを大きくすると、そのようにして得られたフィルター媒体の濾過効率が高くなるということが示唆される。
そのようにして得られた媒体のP95/P50比を、それぞれのハンドシートにおけるミクロフィブリル化レーヨンの繊維質量パーセント(重量%)と比較(図5A)、又はそれぞれのハンドシートにおける2.7μmの直径のPET繊維の繊維質量パーセント(重量%)と比較した(図5B)。これらの結果は、ミクロフィブリル化レーヨン繊維の添加量を増やすと、孔径が、より不均質となり(図5Aにおいて、繊維の質量パーセントを増加していくと、P95/P50比が高くなることで示されている)、それに対して、2.7μmの直径のPET繊維の添加量を増やすと、孔径が、より均質となる(図5Bにおいて、繊維の質量パーセントを増加していくと、P95/P50比が低くなることで示されている)ということを示唆している。
そのようにして得られた媒体の性能指数(FOM)を、それぞれのハンドシートにおけるミクロフィブリル化レーヨンの繊維質量パーセント(重量%)と比較し(図6A)、又はそれぞれのハンドシートにおける2.7μmの直径のPET繊維の繊維質量パーセント(重量%)と比較した(図6B)。2.7μmの直径のPET繊維の繊維質量パーセントを上げても、FOMが改良されない(濾過効率が改良されると、圧力低下が高くなるため)(図6B)のに対して、ミクロフィブリル化レーヨンの繊維質量パーセントを上げると、FOMが高くなる(図6A)が、このことは、圧力低下をそれほど高くさせずに、濾過効率が改良されるということを示唆している。
本明細書で引用されたすべての特許、特許出願及び刊行物並びに電子的に入手可能な資料の完全な開示は、参照により組み込まれる。本出願の開示と、参照により本明細書に組み込まれる文献の開示との間にいかなる矛盾が存在する場合にも、本出願の開示が優先するものとする。前述の詳細な説明及び実施例は、理解を明確にするためにのみ提供した。これらから不必要な限定が何らなされることはない。本発明は、図示及び説明された正確な詳細に限定されるものではなく、当業者に明らかな変形形態は、特許請求の範囲によって規定される本発明に含まれることになる。
Claims (17)
- 不織布濾過媒体であって、
25重量%~85重量%の、5ミクロン~25ミクロンの範囲内の繊維直径及び0.1cm~15cmの繊維長さを有する二成分繊維;
5重量%~50重量%の、少なくとも0.1ミクロン且つ1ミクロン未満の繊維直径を有する小濾過効率繊維;
10重量%~50重量%の、1ミクロン~5ミクロンの範囲内の繊維直径を有する大濾過効率繊維;並びに
5重量%~25重量%のミクロフィブリル化繊維であって、大部分が最大で4ミクロンまでの横方向寸法を有する、ミクロフィブリル化繊維
を含み、
ガラス繊維を実質的に含まない、
不織布濾過媒体。 - 前記二成分繊維が、構造ポリマー部分及び熱可塑性のバインダーポリマー部分を含み、前記構造ポリマー部分が、前記バインダーポリマー部分の融点よりも高い融点を有する、請求項1に記載の不織布濾過媒体。
- 前記二成分繊維の前記構造ポリマー部分が、少なくとも240℃の融点を有し、前記二成分繊維の前記バインダーポリマー部分が、100℃~190℃の範囲内の融点を有する、請求項2に記載の不織布濾過媒体。
- 前記小濾過効率繊維が、少なくとも0.4ミクロンから1ミクロン未満までの繊維直径を有する、請求項1~3のいずれか一項に記載の不織布濾過媒体。
- 前記大濾過効率繊維が、2ミクロン~4ミクロンの範囲内の繊維直径を有する、請求項1~4のいずれか一項に記載の不織布濾過媒体。
- 前記小濾過効率繊維が、PETを含むか;又は
前記大濾過効率繊維が、PETを含むか;又は
その両方である、
請求項1~5のいずれか一項に記載の不織布濾過媒体。 - 前記ミクロフィブリル化繊維が、ミクロフィブリル化セルロース繊維を含む、請求項1~6のいずれか一項に記載の不織布濾過媒体。
- 前記不織布濾過媒体が、5%~15%の範囲内のソリディティを有する、請求項1~7のいずれか一項に記載の不織布濾過媒体。
- 前記不織布濾過媒体が、24g/m2~100g/m2の範囲内の基本重量を有する、請求項1~8のいずれか一項に記載の不織布濾過媒体。
- 前記不織布濾過媒体が、0.5ミクロン~20ミクロンの範囲内の孔径を有する、請求項1~9のいずれか一項に記載の不織布濾過媒体。
- 前記不織布濾過媒体が、1.5~3の範囲内のP95/P50比を有する、請求項1~10のいずれか一項に記載の不織布濾過媒体。
- 前記不織布濾過媒体が、0.12mm~1mmの範囲内の厚みを有する、請求項1~11のいずれか一項に記載の不織布濾過媒体。
- 前記不織布濾過媒体が、0.5インチの水で1ft3/ft2/分から、0.5インチの水で100ft3/ft2/分までの範囲内の透過性を有する、請求項1~12のいずれか一項に記載の不織布濾過媒体。
- 前記不織布濾過媒体が、樹脂を実質的に含まない、請求項1~13のいずれか一項に記載の不織布濾過媒体。
- 前記不織布濾過媒体が、ガラス繊維を含まない、請求項1~14のいずれか一項に記載の不織布濾過媒体。
- 液体ストリームを濾過する方法であって、
不織布濾過媒体を通して汚染物を含む液体ストリームを通過させる工程であって、前記不織布濾過媒体が、請求項1~15のいずれか1項に記載の不織布濾過媒体を含む工程、及び
前記汚染物を前記液体ストリームから除去する工程
を含む、方法。 - 前記液体ストリームが、燃料、作動油、プロセス水、空気、ディーゼルエンジン流体(DEF)、ディーゼルエンジン潤滑油、若しくはブローバイガス、又はそれらの組合せを含む、請求項16に記載の方法。
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